黄土塬区降水稀少,土壤水是作物可利用的唯一水源。由于区域降水年内和年际变化大,导致作物产量高度依赖于降水和土壤水。明确降水变化条件下作物对土壤分的利用和消耗,对气候变化条件下区域农田水分合理利用和粮食产量稳定具有重要意义。本文利用人工遮雨棚和自流滴灌系统形成三种降水条件:正常降水(CK)、降水减少1/3(CK-1/3)和降水增加1/3(CK+1/3),在田间定位观测的基础上,结合氢氧稳定同位素方法,研究降水变化对冬小麦产量和水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)的影响,分析冬小麦生长发育及水分利用模式对降水变化的响应,得出以下主要结果:(1)降水变化改变了冬小麦对土壤水的利用和土壤水的补给。降水减少,冬小麦对土壤水的利用增强,生育期和休闲期深层土壤含水量的降低,且很难补充恢复;降水增加,深层土壤含水量在生育期内降低,但在冬小麦收获后休闲期降水会补给土壤水,土壤含水量逐渐恢复并高于前期土壤含水量。(2)降水变化显著影响冬小麦的叶片形态和叶面积。降水增加,叶长相对变化较大,叶面积增加;降水减少,叶宽相对变化较大,叶面积减少。叶形系数((叶长×叶最大宽)/叶面积)不受降水变化的影响,仅和冬小麦的生育期有关。冬小麦生物量和叶面积呈线性正相关关系,降水减少处理的冬小麦生物量对叶面积变化最敏感。(3)冬小麦优先利用次降水转化而来的土壤水,然后利用土壤前期储水。降水减少,冬小麦耗水量中由次降水转化的土壤水的比例降低,0-2 m的前期土壤水的比例增加;降水增加,则有相反的结果。降水减少,冬小麦生物量WUE降低,籽粒产量WUE增加;降水增加,这两种WUE均降低。(4)降水变化对土壤水、植物茎水的δD和δ18O值有明显影响。土壤水、植物茎水的δ18O值相对于降水的δ18O值有所富集。降水增加,冬小麦对当次降水形成的土壤水的利用减少,对0-40 cm雨前蓄存的土壤水的利用增加;降水减少,冬小麦对当次降水形成的土壤水和0-20 cm雨前蓄存的土壤水的利用减少,对20-40 cm雨前蓄存的土壤水的利用增加。